Harjattoman tasavirtamoottorin ohjain

Abstract

Opinnäytetyössä käsitellään harjattoman tasavirtamoottorin moottorinohjaimen rakentamista ja kehitystä. Yleistyvissä sähköajoneuvoissa käytettiin ennen harjallisia moottoreita, mutta ne on yhä useammin korvattu harjattomilla vaihtoehdoilla. Harjattomalla moottorilla on selviä etuja perinteiseen harjalliseen toteutukseen nähden, joista tärkeimpiä ovat: hinta, koko/teho-suhde ja pitkäikäisyys. Harjaton moottori tarvitsee moottorinohjaimen, jotta sitä voitaisiin käyttää ja tämä opinnäytetyö käsittelee kyseisen ohjaimen kehitystä, käyttöä ja jatkokehitystä.

Moottorinohjaimen suunnittelu ja kehitys aloitettiin yksinkertaisesta prototyypistä, jota kehitysversio kerrallaan paranneltiin seuraavaan versioon, kun puutteita alkoi esiintymään. Tässä opinnäytetyössä on esitelty viisi eri kehitysversiota, mutta ohjainta on jatkokehitetty näidenkin versioiden jälkeen eteenpäin. Jokaisesta versiosta on kirjoitettu oma kappaleensa, joka kuvaa kunkin kehitysversion haasteita, muutoksia ja toteutusta.

Moottorinohjainten kehitysversioita testattiin koe- ja kehityskäyttöön muunnelluilla mekaanisilla alustoilla, eli kevyen liikenteen kulkuneuvoilla, joita oltiin muunneltu sähkökäyttöisiksi. Moottorinohjaimen kehityksen ohessa tehtiin muutoksia ja parannuksia mainittuihin mekaanisiin alustuihin, niissä ilmenevien heikkouksien ja puutteiden perusteella. Moottorinohjaimen viimeistä opinnäytetyössä tarkasteltua versiota käytettiin sähkökäyttöön muunnetussa rullalaudassa, jolla ajettiin testikäytössä useita satoja kilometrejä. Moottorinohjain toimii yksinkertaisella, mutta käytön sulavuutta rajoittavalla ohjelmakoodilla. Käytön aikana todettiin muitakin puutteita ja kehitystarpeita, sekä diagnostiikan tarvetta tuleviin versioihin.

The Thesis deals with the building and development of a brushless DC motor controller. The ever increasing amount of electric vehicles used to use brushed motors before, but they are increasingly being replaced by brushless options. Brushless motors have distinct advantages over traditional brushed ones with respect to their implementation, of which the most important are: price, size / power ratio and longevity. Brushless motors need a motor controller for them to be usable and this thesis deals with the development, use and further development of the controller.

The design and development of the motor controller was started from a simple prototype, which was then improved over the controller versions as weak links and other deficiencies came to light. In this thesis there are shown a total of 5 different development versions of the motor controller, but the development has since been continued to newer prototypes. Every controller version has its own sub-chapters dedicated to each of them, which detail the challenges, changes and implementations associated with the particular version.

The different motor controller prototypes were tested with light pedestrian vehicle platforms modified for testing and development use. Along with the changes between the motor controller prototypes, the mechanical test platforms were changes, further modified and improved as the weak parts were discovered. The Last examined motor controller shown in the thesis, was used in a modified longboard converted to electric use, was run in testing use for several hundreds of kilometers. The motor controller is simple, but the very basic nature of its control algorithm is limiting to the use of the board. During operation, there are other lacking areas and development needs that were found, as well as the need for diagnostics in future versions.